油气层保护前沿技术简述及效果分析(2)

在南美沿安第斯山脉，阿根廷北部以北一直到哥伦比亚地区的地质构造强度(tectonic stresses)非常大，页岩很硬，页岩层间包裹砂石，使用油基钻井液钻井，常常发生渗漏。有时使用15种防漏失剂控制漏失，但效果甚微，卡钻事故经常发生。使用无渗透钻井液完井液，确保了井壁的稳定性。

1.2屏蔽暂堵钻井完井液体系

屏蔽暂堵钻井完井液是利用油气层被钻开时，钻井液液柱压力与油气层压力

之间形成的压差，迫使钻井液中人为加入的各种类型和尺寸的固相粒子进入油气层孔喉，在井壁附近快速、浅层、有效地形成一个损害堵塞带。此损害堵塞带能有效地阻止钻井液、水泥浆中的固相和滤液继续侵入油气层。

1.2.1屏蔽暂堵钻井完井液技术的作用原理

固相颗粒在孔喉中的堵塞，在一定的条件下遵循“选择性架桥，逐级填充”的过程。

(1)架桥粒子的架桥。单个架桥粒子随泥浆液相进入油层，在流经孔喉时，在小于粒径的孔喉处卡住，即r粒/r孔<1/7，则通过孔喉；若r粒>r孔，则沉积在

孔喉外；r粒/r孔若为1/3--2/3,则在孔喉处卡住，成为架桥。

(2)填充粒子的填充。架桥粒子架桥后，孔喉孔隙大量减少，钻井液中更小一级粒子卡在更小喉道出，这一过程不断重复，这个过程叫单粒逐级填充，这时堵塞带的渗透率取决与钻井液中最小一级粒子的粒级。

(3)变形粒子的作用。如果钻井液中仅有刚性颗粒作为架桥和填充粒子，仍会留下形状不规则的微间隙，堵塞带的渗透率不会为零，这就引入屏蔽暂堵最关键的颗粒——外形在一定温度条件下可变的软化变形颗粒。当最小粒级的粒子可变形时，就会嵌入不规则的微孔隙，堵塞带的渗透率可接近于零。

屏蔽暂堵钻井完井液体系的基本配方是:原钻井液+一级架桥粒子＋二级架桥粒子＋三级架桥粒子＋充填变形粒子＋其它。

1.2.2屏蔽暂堵钻井完井液体系的应用效果分析

屏蔽暂堵技术现在已经是一项非常成熟的技术了，在国内外的应用相当广泛，而且应用效果非常好。

国外用于室内评价的暂堵型钻井液、完井液体系有:①含有超细盐粒的聚合物体系(SSPF)；②含有超细盐粒并加入合成聚合物的抗高温改性钻井液体系(SSPTOHT)；③含有超细CaCO3颗粒的聚合物体系(SCPF)；④含有微细纤维素固相的聚合物体系(MCPF)；⑤含有微细纤维素固相和抑制膨胀的天然聚合物的聚合物体系(MCPFONDSP)；⑥增效型聚合物凝胶体系(PGP)；⑦增效型交联聚合物凝胶体系(XPGP)；⑧抑制膨胀的稳定聚合物凝胶体系(DSPGP)。其对比评价内容包括高温热滚后钻井液滤失量的变化、用PPA装置评价钻井液的滤失特性(包括瞬时滤失量以及时间与滤失量的变化关系)、正压差与滤失量的关系、动态

滤失量等。

对于MCPF体系,其组分包括黄原胶生物聚合物、PACOHV、改性淀粉(降滤失剂)、pH缓冲剂以及微细纤维素。实验表明，该体系的瞬时失水量相对较高，但当泥饼形成后其滤失量能够有效地得以控制。不同的实验压力对SSPF和SCPF体系的动滤失量有很大影响，但泥饼厚度均很小。PGP、XPGP以及DSPGP体系也能在不同压力下表现出良好的控制滤失和储层损害的能力，并且聚合物凝胶几乎可以完全阻止钻井液固相和滤液进入储层而造成损害。

在考虑对钻井液体系进行滤失量控制的同时，还必须考虑其流变性，尤其是高温下的流变性是否满足要求。使用Fan-50C高温高压流变仪对SSPF、SCPF以及MCPF体系在不同温度下的流变特性进行了评价。

结果表明，随着温度升高，SSPF和SCPF体系比MCPF体系具有更好的假塑性流体特征和低剪切流变特性。

通过实验研究结果的对比分析，得出以下几点认识:

(1)对于高渗储层，使用含有超细盐粒(作为架桥粒子)的聚合物钻井液以及含有超细CaCO3颗粒的聚合物钻井液，在静态和动态条件下均能有效地控制滤失；

(2)在上述各种钻井液、完井液体系中，SSPF和SCPF体系的动滤失量相对较低；

(3)在135℃(275℉)以上的高温下，建议使用具有良好抗高温性的SSPFOHT体系；

(4)MCPF体系有较高的瞬时滤失量，但在泥饼形成之后滤失性可得到有效控制，而MCPFONDSP体系能有效地控制瞬时滤失量和高温高压滤失量；

(5)SSPF和SCPF体系对于孔隙性储层能有效地控制滤失量，但对于滤失量很高的裂缝性储层，建议在体系中添加微细纤维素(MC)固相粒子进行改进。

在国内，屏蔽暂堵技术在各个油田有广泛的应用，不但取得了很好的效果，有效的保护了储层，而且减少了经济损失。

狮子沟构造为青海省柴达木盆地西部坳陷区茫崖坳陷亚区狮子沟—油砂山背斜带上的一个长25km、宽7.0km、面积164km2的三级构造，它由狮子沟高点、花土沟高点和游园沟高点组成，主要以灰色的钙质泥岩为主。狮25-1水平井是利

用原狮25老井进行定向侧钻的一口水平井，设计井深4509m，垂深4138.90m，水平段长178.63m，最大井斜89°。在定向水平段钻进，钻井液需解决防塌、防掉块，良好的携砂能力以及良好的润滑性和抗温性等几个技术问题。按照现场施工工艺要点的要求，在进入目的层(油气层)前50～100m开始对钻井液进行改造前处理，清除劣质土和无用固相颗粒，降低固相含量，加入暂堵剂和堵漏剂。在目的层段使用屏蔽暂堵技术后，渗透率恢复值达到80%以上，而且油气显示一直良好，表明该技术的应用起到了保护油气层的目的。

埕岛油田位于埕北低凸起东南端，是渤海湾南部极浅海域的一个海上油田，主力油层为馆陶组疏松砂岩，油层高孔高渗，为常压砂岩油藏。在弹性开发期，油层压力下降较快，洗井液以过滤海水为基液，因密度较高，多数油井在洗井过程中出现不同程度的井漏现象。为保护油层，在洗井液中加入了TR25屏蔽暂堵剂。自1997年10月在CB251B23井和CB22C21井试用成功后，TR25屏蔽暂堵剂在埕岛油田得到了广泛应用，年均实施15井次左右，较好地解决了作业过程中的井漏现象，保护了油层。

塔中四油田CⅠ油组最大连通孔喉半径：平均值为40.18μm，其中主要集中于24～72μm之间，CⅢ油组最大连通孔喉半径大多分布在10～50μm之间。因此室内可考虑YX-1、YX-2、TYZ-7、JYP、FB-2等暂堵剂的使用，进行屏蔽暂堵保护油气层。表2-1为其暂堵后的渗透率恢复值。

表2-1屏蔽暂堵技术在塔中4区的暂堵后的渗透率恢复值

在塔里木油田大碗齐地区应用屏蔽暂堵技术效果也很好，将超细碳酸钙QCX-1与油溶性树脂FB-2的混合物作为暂堵剂使用时,其屏蔽暂堵效果十分理想，见表2-2。

表2-2大碗齐地区采取屏蔽暂堵技术后各种配方的污染评价实验数据表

另外在国内其他地区采用屏蔽暂堵技术也取得了很好成效。比如鄂尔多斯北部塔巴庙地区的气藏是典型的低压低渗裂缝性砂岩气藏。该区储层具有孔隙度低、渗透率低或致密、储层压力低、毛细管压力高、有效应力高以及储层不均质性强、裂缝和微裂缝发育等特征，简称“三低两高一强”。储层损害机理以储层液锁损害、应力敏感损害以及水敏、盐敏损害等为主。文章在分析储层特征及其损害机理的基础上，研究出了适合塔巴庙地区储层特征的屏蔽暂堵钻井完井液技术。该技术在鄂尔多斯北部塔巴庙、杭锦旗等地区10多口探井、评价井及开发井中进行了现场试验，在储层保护和提高天然气单井产量等方面取得了显著效果。

综上，从屏蔽暂堵技术在各个油田的应用可以看出，它主要有以下几个方面的作用：

第一，降低失水,减少水锁损害：将钻井液改造成屏蔽暂堵钻井完井液后，体系密度一般增加0.02～0.03g/cm3，有利于快速形成滤饼。由于暂堵剂的加入，使形成的滤饼致密坚韧且光滑细腻，从而降低体系失水，减少了储层水锁损害程度。

第二，改善测井响应，提高测井解释质量，主要表现为:①自然伽马数值降低且平整，减小了泥浆侵入造成的泥质含量增高假象；②砂岩自然电位负异常增大，更加真实反映其渗透性；③砂岩声波时差增大，体积密度降低，更加真实反映其孔隙性；④深侧向电阻率增大，更接近地层真电阻率。

第三，提高井壁稳定性，降低井径扩大率：屏蔽暂堵技术在近井壁形成渗透率较低的内外滤饼，这样就能有效地隔离两个压力系统，此时的正压差可起到稳定井壁，并在一定程度上防止井径扩大的效果。统计表明:采用屏蔽暂堵技术的井井径扩大率范围为5%～13%，而未采用屏蔽暂堵技术的井井径扩大率范围高达9%～32%。

第四，显著降低储层污染程度：没有采取屏蔽暂堵的井层，地层表皮系数平均为28.3，最高达57.18；采取暂堵的井层，地层表皮系数平均仅为1.13，最高

仅1.49。

另外，在屏蔽暂堵技术的基础上，由熊汉桥教授提出了多级架桥精确暂堵技术，该技术是综合屏蔽暂堵技术和无渗透保护油气层两项技术的优点，采用三新一全的的特点，即孔喉渗透率贡献率分布理论，多级架桥精确暂堵技术、无渗透(超低渗透)钻井完井液技术，复配暂堵剂、复合暂堵剂、高效软化粒子、无渗透暂堵剂多级架桥精确暂堵钻井完井液体系配方，超低渗透钻井完井液体系配方，保护储层强抑制性射孔液、压井液体系配方，在钻井、完井、测试等过程全程实施油层保护技术。该技术先后在江汉建南气田、南阳油田、吐哈油田、鄂尔多斯区块气田、大港中低渗砂岩储层、云南保山、曲蜻浅层气田等多个油田进行项目使用与现场试验，并取得了良好的效果，获奖多项奖励。

1.3硅酸盐钻井完井液体系

硅酸盐尺寸分布宽，通过吸附扩散等途径可堵塞井壁裂缝、孔洞，从而可抑制泥页岩膨胀和分散。在pH值小于9时，硅酸根和孔隙水相遇立即变成硅酸盐凝胶堵塞裂缝孔隙。硅酸盐与粘土矿物表面有强烈的超分子化学吸附，可使粘土矿物颗粒胶结成牢固的整体。硅酸盐与多数处理剂具有良好的配伍性，如PHP、SMP、XY-27等。

硅酸盐与其他钻井液防塌剂比较有多方面的优势；结构近似于砂岩的无机物，且无毒性，对自然环境的影响很小；没有荧光，在任何条件下都不会分解出低分子烃类，不干扰荧光录井及气测录井；自身含有粒度分布广且与地层矿物亲和力强的粒子，在很宽的温度范围内均可起到封堵作用；价格低，防塌性能优良。

目前针对各种复杂问题，开发出的具有代表性的硅酸盐钻井液体系有硅酸盐-聚合物钻井液、硅酸盐-硼凝胶钻井液、MMH正电胶-硅酸盐钻井液、植物胶-硅酸盐钻井液等类型。

1.3.1硅酸盐钻井完井液保护油气层的机理